Трансформаторы и их применение

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Томский государственный архитектурно-строительный университет»

Э.С. Астапенко, Р.Н. Кахиев, Д.П. Столяров

ТРАНСФОРМАТОРЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Учебное пособие

Томск 

Издательство ТГАСУ

2023

УДК 621.314.21(075.8)
ББК 31.261.8-04

А91

Астапенко, Э.С.

Трансформаторы и их применение : учебное 

пособие / Э.С. Астапенко, Р.Н. Кахиев, Д.П. Столяров. –
Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2023. –
62 с. – Текст : электронный.

ISBN 978-5-6049515-4-5

Учебное пособие знакомит с устройством, принципом действия 

и особенностями применения однофазных и трехфазных трансформаторов, их электрическими характеристиками. Кроме того, рассмотрены автотрансформаторы, измерительные и сварочные трансформаторы.

Пособие
предназначено для студентов, обучающихся по 

направлениям подготовки «Строительство» и «Наземные транспортно-технологические комплексы», учебные планы которых содержат дисциплины «Электротехника с основами электроснабжения», 
«Электрооборудование ПТСДМиО».

Пособие по дисциплине «Трансформаторы и их применение» 

предназначено для студентов всех форм обучения.

УДК 621.314.21(075.8)
ББК 31.261.8-04

Рецензенты:
Д.Ю. Орлов, канд. техн. наук, доцент кафедры прикладной механики и материаловедения ФГБОУ ВО ТГАСУ;
П.Р. Баранов, канд. техн. наук, доцент, ОЭЭ ИШЭ 
ФГАОУ ВО НИИ ТПУ.

ISBN 978-5-6049515-4-5
© Томский государственный

архитектурно-строительный
университет, 2023

© Астапенко Э.С., Кахиев Р.Н.,

Столяров Д.П., 2023

А91

ВВЕДЕНИЕ

В строительстве, на предприятиях по обслуживанию и ре
монту технологического оборудования и других сферах хозяйственной деятельности используются электротехнические устройства с разным напряжением питания. Устройством, позволяющим 
получить требуемую величину переменного напряжения, является 
трансформатор.

Данное учебное пособие разработано с целью формирова
ния у обучающихся системного инженерного мышления, позволяющего разобраться в устройстве и принципе работы трансформатора.

Задачи учебного пособия:
– сформировать у обучающихся комплекс знаний в области 

выбора, назначения и эксплуатации трансформаторов;

– дать обучающимся информацию об однофазных, трехфаз
ных и специальных трансформаторах;

– научить методике расчета выпрямителя с трансформато
ром мощностью до 1000 Вт.

Пособие является дополнением к изданиям по электротех
нике и предназначено для студентов неэлектрических специальностей, обучающихся по направлениям подготовки бакалавров 
и специалистов «Строительство» и «Наземные транспортно-технологические комплексы», учебные планы которых содержат 
дисциплины «Электротехника с основами электроснабжения»,
«Электрооборудование ПТСДМиО».

Учебное пособие состоит из введения, семи разделов и за
ключения, снабжено справочным материалом, содержит библиографический список и список иллюстраций с указанием их источников. Материалы из библиографического списка рекомендуются студентам для самостоятельного изучения.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТРАНСФОРМАТОРАХ

Трансформатор электрический – это статическое (не имею
щее подвижных частей) устройство для преобразования переменного напряжения по величине с сохранением той же частоты.
Увеличение напряжения осуществляется с помощью повышающих трансформаторов, а уменьшение – понижающих.

Трансформатор впервые был использован в 1876 г. П.Н. Яб
лочковым в цепях электрического освещения. В 1890 г. М.О. Доливо-Добровольский разработал трехфазный трансформатор. 
Дальнейшее развитие трансформаторов заключалось в совершенствовании их конструкции, увеличении мощности и КПД, 
улучшении изоляции обмоток.

Трансформаторы применяются в линиях электропередач, 

в технике связи, в автоматике, измерительной и бытовой технике 
и других областях.

В соответствии с назначением различают силовые транс
форматоры для питания электрических двигателей и осветительных сетей; специальные трансформаторы для питания сварочных 
аппаратов, электропечей и других потребителей особого назначения; измерительные трансформаторы для подключения измерительных приборов [1].

По числу фаз трансформаторы делятся на однофазные

и трехфазные.

Мощности трансформаторов различны – от долей вольт-ам
пер до десятков мегавольт-ампер; рабочие частоты – от десятков
герц до сотен килогерц.

2. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

Однофазный трансформатор состоит из двух основных ча
стей: замкнутого магнитопровода (сердечника), на котором расположены две или несколько обмоток.

Для уменьшения потерь на гистерезис при перемагничива
нии магнитопровод изготавливают из магнитомягкого материала – электротехнической стали, имеющей узкую петлю намагничивания. Для уменьшения потерь на вихревые токи (токи Фуко) 
в материал магнитопровода вводят примесь кремния, повышающую его электрическое сопротивление, а сам магнитопровод собирают из отдельных листов электротехнической стали толщиной 0,35–0,5 мм, изолированных друг от друга теплостойким лаком или оксидной пленкой [1].

2.1. Устройство однофазного трансформатора

Простейший однофазный трансформатор состоит из сталь
ного сердечника и двух обмоток. Магнитопроводы могут иметь 
различную конструкцию: стержневую, броневую и тороидальную (рис. 2.1).

Магнитопроводы верхнего ряда собираются из листового

материала, а магнитопроводы нижнего ряда навиваются из ленты 
электротехнической стали, которая также имеет изолирующее 
покрытие.

Магнитопровод броневой конструкции хорошо защищает 

обмотки катушек от механических повреждений. Верхнюю часть 
магнитопровода называют ярмом, а части, на которые насажены 
катушки, называются стержнями. Стержни и ярмо соединяют 
очень плотно, с перекрытием, чтобы исключить воздушные зазоры на стыках.

В маломощных трансформаторах находят применение 

кольцевые магнитопроводы, которые обычно навивают из длин

ной ленты. В кольцевых магнитопроводах отсутствуют воздушные зазоры, поэтому магнитный поток рассеяния мал, и трансформатор имеет высокий КПД.

Рис. 2.1. Конструкции магнитопроводов однофазных трансформаторов

На рис. 2.2–2.4 представлен внешний вид трансформаторов 

с магнитопроводами перечисленных конструкций.

Обмотки трансформаторов изготавливают из медного, изо
лированного лаком, провода и располагают на одном или на разных стержнях, рядом или одну под другой. В последнем случае 
непосредственно к стержню примыкает обмотка низшего напряжения, а поверх нее размещается обмотка высшего напряжения.

Рис. 2.2. Трансформатор стержневой

Рис. 2.3. Трансформатор броневой